3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
1.7.Những vấn đề còn tồn tại và hƣớng nghiên cứu chính của luận án
Quá trình hình thành hƣớng nghiên cứu của luận án đƣợc thể hiện thông qua việc phân tích tình hình nghiên cứu về hệ giảm chấn chất lỏng này và những vấn đề còn tồn tại của các nghiên cứu hiện có. Nhƣ vậy hiện nay có 3 hƣớng nghiên cứu chính về giảm chấn chất lỏng gồm:
(1) Các nghiên cứu về khả năng áp dụng, các đối tƣợng phù hợp cho việc áp dụng và xác định hiệu quả của giảm chấn trong việc giảm dao động cho kết cấu, đánh giá khả năng áp dụng khi so sánh với các thiết bị giảm chấn khác.
(2) Các nghiên cứu liên quan đến đặc trƣng của giảm chấn chất lỏng gồm: nghiên cứu đặc điểm cấu tạo của thùng chứa TLD, của chất lỏng bên trong thùng. Trong nghiên cứu này chủ yếu là tìm cách xác định các yếu tố về hình dạng của thùng chứa chất lỏng và các tham số ảnh hƣởng đến sự làm việc của giảm chấn chất lỏng nhƣ là chiều sâu chất lỏng, tỷ số giữa chiều sâu chất lỏng và chiều dài hoặc chiều rộng của thùng chứa.
(3) Các nghiên cứu liên quan đến sự hoàn thiện thiết bị trong đó là việc đề xuất các mô hình tính toán gồm cả mô hình tƣơng tác giữa kết cấu và hệ giảm chấn và mô hình hoạt động chất lỏng bên trong thùng. Từ các nghiên cứu này đề xuất các giá trị tối ƣu cho thiết kế hệ giảm chấn để giảm dao động cho kết cấu.
Có thể tóm tắt toàn bộ quá trình nghiên cứu về TLD từ trƣớc tới nay, các vấn đề đã đƣợc quan tâm nghiên cứu chuyên sâu hay mới có với số lƣợng ít các nghiên cứu cùng với các nội dung nghiên cứu trong luận án đƣợc trình bày theo sơ đồ hình1.13:
Tổng quan về TLD Các loại hệ TLD Tình hình nghiên cứu hiện nay Đối tƣợng chính của nghiên cứu
Hình 1.13:Sơ đồ thể hiện tư tưởng chính nghiên cứu về TLD
Các nghiên cứu và ứng dụng của hệ giảm chấn chất lỏng từ trƣớc tới nay đều tập trung vào hệ giảm chấn chất lỏng đơn tần số (STLD) – loại mà đƣợc định nghĩa là trên cùng
Giảm chấn chất lỏng TLD Phân tích mô hình tƣơng tác giữa TLD và kết cấu Xác định kích thƣớc và các tham số ảnh hƣờng tới sự làm việc của TLD
Nghiên cứu ứng dụng của TLD và so sánh với các thiết bị điều khiển
khác
Hệ MTLD
MTLD là một hệ với một vài đặc điểm cơ bản sau: -Hệ có các tần số tự nhiên của các thùng khác nhau f1…………. fi …………..fn.
fmin………..fi………..fmax
-Tần số trung tâm của hệ MTLD f0 = (fmax + fmin) /2 -Dải tần số của hệ MTLD R= (fmax – fmin) /f0
-Độ chênh của các tần số riêng của mỗi TLD đơn lẻ trong hệ i = fi+1 - fi = const
Số lƣợng các nghiên cứu không nhiều và chủ yếu tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm và bán thực nghiệm.
Nghiên cứu đặc tính làm việc của thiết bị
TLD
Nghiên cứu tính toán xác định hiệu quả giảm
dao động
Hệ STLD
STLD là một hệ với các đặc điểm cơ bản nhƣ sau:
- Hệ chỉ gồm có 1 thùng TLD hoặc; - Một số các thùng TLSD có cùng tần số dao động tự nhiên. - Hệ đƣợc đặc trƣng bởi chỉ một tần số tự nhiên
Nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện và các kết quả cũng đã đƣợc ứng dụng trong nhiều kết cấu nhƣ các tháp, tòa nhà và cả tháp cầu dây văng.
ĐỐI TƢỢNG CỦA NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu lý thuyết, mô hình kết cấu là 1 bậc tự do tƣơng tác với các bậc tự do là các giảm chấn chất lỏng (các giảm chấn có tần số dao động khác nhau).
- Thiết lập hàm ứng xử tần số để phản ánh ứng xử của kết cấu theo tỷ số tần số giữa tần số của MTLD và tần số dao động riêng của kết cấu.
- So sánh hiệu quả của STLD và MTLD trong việc giảm dao động cho kết cấu - Đối chứng kết quả phân tích lý thuyết bằng thí nghiệm mô hình trên thiết bị bàn rung. So sánh đƣờng thực nghiệm và lý thuyết thể hiện mối quan hệ giữa ứng xử của kết cấu và tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của kết cấu.
một hệ kết cấu có gắn nhiều thùng chứa chất lỏng TLD với cùng kích thƣớc, cùng mực nƣớc và cùng khối lƣợng hay nói cách khác là cùng gây ra 1 tần số dao động. Trong khi trƣờng hợp các thùng giảm chấn chất lỏng TLD trong hệ không có cùng tần số dao động riêng (các thùng có kích thƣớc khác nhau hoặc có kích thƣớc giống nhau nhƣng chiều cao mực nƣớc bên trong thùng khác nhau) mà đƣợc gọi là hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) thì các nghiên cứu chi tiết và cả nghiên cứu ứng dụng còn chƣa nhiều. Hiện có một số nghiên cứu về hệ giảm chấn đa tần số nhƣng chủ yếu là nghiên cứu bán thực nghiệm.Vì vậy, để có thể nắm bắt đƣợc rõ hơn về hệ giảm chấn đa tần số (MTLD) nhằm xác định hiệu quả của hệ này trong việc giảm dao động cho các công trình thì cần có thêm các nghiên cứu và đây chính là nội dung chính mà luận án hƣớng tới.
Trên cơ sở nghiên cứu đƣợc thực hiện đối với giảm chấn khối lƣợng đa tần số (MTMD) bởi Igusa và Xu (1990, 1991, 1992) [85], ngƣời mà đã đề xuất hệ giảm chấn khối lƣợng đa tần số (MTMD) bao gồm một số lƣợng hữu hạn các giảm chấn khối lƣợng TMD đơn nhỏ có tần số tự nhiên phân bố theo một dải nào đó xung quanh tần số tự nhiên cơ sở của kết cấu. Tính hiệu quả và nhạy cảm của MTMD đã đƣợc khảo khảo sát số bởi Yamaguchi và Harpornchar (1992). Abe và Fujino (1993) đã đề xuất các công thức thiết kế dạng kín cho MTMD. Các nghiên cứu này đã khẳng định MTMD là rất có ý nghĩa, thậm chí khi tính cản của mỗi TMD riêng rẽ trong MTMD là thấp. Một hệ nhiều TMD là có hiệu quả hơn một TMD thông thƣờng khi có sự đặt song song nhiều TMD để điều chỉnh tần số. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Những nghiên cứu này đã đặt nền tảng cho ý tƣởng nghiên cứu hệ gồm nhiều giảm chấn chất lỏng MTLD đặt song song vào hệ kết cấu. Fujino và Sun(1993) [110] là những nhà nghiên cứu tiên phong khi nghiên cứu về hệ nhiều TLD. Nghiên cứu việc điều khiển dao động bởi hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số (MTLD) đã đƣợc thực hiện bƣớc đầu bởi Fujino, L.M Sun (2010) [116]. Nghiên cứu khá chi tiết với các khảo sát bằng thực nghiệm về mối quan hệ của các tham số đến hiệu quả giảm dao động. Tuy nhiên các nghiên cứu còn sơ sài và dừng ở nghiên cứu bán thực nghiệm. Do vậy để có thể kiểm soát đƣợc hoạt động của hệ giảm chấn chất lỏng đa tần số này, việc xây dựng một hàm ứng xử tần số để khảo sát ảnh hƣởng của các tham số đặc trƣng của giảm chấn chất lỏng đến hiệu quả giảm dao động cho kết cấu từ đó đề xuất cách thức thiết kế giảm dao động cho kết cấu khi sử dụng hệ này là hết sức cần thiết và là mục tiêu mong đợi mà luận án cần đạt đƣợc.
Hƣớng nghiên cứu và những nội dung chính của luận án
Từ các phân tích ở trên, hƣớng nghiên cứu của luận án đƣợc xác định bao gồm các nội dung sau:
Nghiên cứu lý thuyết về mô hình đa bậc tự do cho tính toán tƣơng tác giữa hệ MTLD và kết cấu.
Xây dựng hàm ứng xử tần số phản ánh ứng xử của kết cấu khi có gắn hệ giảm chấn chất lỏng TLD so sánh với hệ khi không gắn hệ giảm chấn chất lỏng.
Nghiên cứu đề xuất các tham số hợp lý tăng hiệu quả giảm chấn của hệ MTLD nhằm định hƣớng thiết kế giảm dao động cho kết cấu khi sử dụng MTLD. Đặc biệt nghiên cứu sự tƣơng tác về khối lƣợng giữa các TLD đơn (đặc biệt là thùng TLD có tần số trung tâm) trong hệ giảm chấn chất lỏng đa tấn số MTLD với tổng khối lƣợng chất lỏng và ảnh hƣởng của tỷ số này đến hiệu quả giảm dao động cho kết cấu.
Nghiên cứu ảnh hƣởng của vị trí lắp đặt đến hiệu quả của TLD
So sánh hiệu quả của hệ giảm chấn đơn tần số STLD với hệ giảm chấn đa tần số MTLD trong việc giảm dao động cho kết cấu.
Thực hiện thí nghiệm trên mô hình sử dụng thiết bị bàn rung nhằm kiểm chứng một phần các phân tích lý thuyết đã thực hiện. So sánh đƣờng thực nghiệm và lý thuyết trong mối quan hệ giữa ứng xử của kết cấu và tỷ số giữa tần số kích động và tần số dao động riêng của kết cấu.
Ứng dụng tính toán kiểm chứng hệ MTLD lắp đặt cho cầu Bãi Cháy trên cơ sở các phân tích chi tiết về hệ STLD hiện đang đƣợc lắp đặt tại công trình cầu.
CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝTHUYẾT TÍNH TOÁN GIẢM CHẤN CHẤT LỎNG VÀ HỆ TƢƠNG TÁC GIỮA KẾT CẤU VỚI GIẢM CHẤN
CHẤT LỎNG (TLD)
Áp lực chất lỏng trong thùng chứa chống lại ngoại lực tác dụng lên kết cấu gồm hai phần là tác dụng tĩnh và tác dụng động. Với các kết cấu nhẹ, dẻo và tính cản yếu nhƣ là tòa nhà cao tầng, các tháp cầu có chiều dài nhịp lớn, dao động do gió, động đất và các nhiễu loạn động học khác có thể gây ra các vấn đề khai thác hoặc an toàn cho kết cấu. Việc thiết lập các thiết bị bị động bao gồm các cơ cấu cản cũng là một lời giải và trở nên phổ thông để làm tiêu tan các dao động không mong muốn (Fujino 1990[110]).
Hiệu quả giảm dao động cho kết cấu chịu ảnh hƣởng của các tham số giảm chấn trong đó có đặc điểm cấu tạo của hệ giảm chấn chất lỏng gồm: hình dạng và kích thƣớc thùng chứa, loại và chiều sâu chất lỏng trong thùng, số lƣợng thùng, … tỷ số chiều sâu chất lỏng cần đƣợc phân tích kỹ lƣỡng trên cơ sở phân tích sự làm việc của một giảm chấn đơn lẻ trong sự tƣơng tác giữa hệ TLD và kết cấu. Cụ thể nhƣ sau: